Привод к лебедке
Привод к лебедке
26
Содержание
- Введение
- 1. Выбор двигателя. Кинематический расчет привода
- 2. Кинематический и силовой расчет привода
- 3. Выбор материалов и определение допускаемых напряжений
- 4. Расчет закрытой червячной передачи
- 5. Расчет открытой косозубой зубчатой передачи
- 6. Нагрузки валов редуктора
- 7. Разработка эскизного проекта
- 8. Предварительный выбор подшипника
- 9. Выбор муфты
- 10. Определение реакций в опорах подшипников валов
- 11. Проверочный расчет валов
- 12. Проверочный расчет подшипников
- 13. Проверочный расчет шпонок
- 14. Смазывание деталей редуктора
- Список литературы
ВведениеИсходные данные:Мощность привода Р = 2,0 кВтЧастота вращения n = 36 мин - 1Срок службы привода Lt = 5 летКоэффициенты использования Ксут = 0,9; Кгод = 0,8.Рис.1 - Привод к лебедке.
1. Выбор двигателя. Кинематический расчет приводаСрок службы привода (ресурс) Lh, час, определяем по формулеLh = 365 • Lr• Kr • tc • Lc • Kc, (1)где Lr - срок службы привода, Lr = 4 лет;KГ - коэффициент годового использования, KГ = 0,8;tС - продолжительность смены, tС = 8 ч;LС - число смен, LС =1;Кc - коэффициент сменного использования, Кc = 0,9.Режим работы: Реверсивный.Lh = 365 4 0,8 8 0,9 = 8409,6 часов.Требуемая мощность рабочей машины: Р = 2,0 кВт.Частота вращения барабана nр = 36 мин - 1Общий коэффициент полезного действия (КПД) привода ?, определяем по формуле? = ?м ?ц ?з ?ч ?4nк, (2)где КПД составляющих определим по т.2.2 с 40 [1]?м - КПД муфты, ?м = 0,98;?ц - КПД открытой цилиндрической зубчатой передачи, ?з = 0,95;?ч - КПД червячной передачи, ?ч = 0,85;?nк - КПД одной пары подшипников качения, ?nк = 0,99.? = 0,98 0,95 0,85 0,99 4 = 0,7678Требуемую мощность двигателя Рдв, кВт определяем по формулеРдв = Рпр/ ?, (3)Рдв = 2,0/ 0,7678 = 2,605 кВтВыбираем электродвигатель при условие Рном ? Рдв из таб. К9 стр.384 [1]3,0 кВт 2,605 кВт4 АМ100S4Y 3 n ном = 1435 мин - 1; Рном = 3,0 кВтОбщее передаточное число привода Uобщ, определяем по формулеUобщ = nном/nрм, (4)Uобщ = 1435/36 =39,86Выбираем передаточные числа, воспользуемся рекомендуемыми значениями из таблиц т.2.3 с.43 [1], т.1.2 с.6 [2] и т.1.3 с.7 [1]: передаточные числа Uчерв = 16; Uзуб = 2,5; Uобш=40.Фактическую частоту вращения барабана nрфакт, мин - 1 определяем по формулеnрфакт = n ном/ Uобш, (5)nрфакт = 1435/40= 35,875 мин - 1отклонение 100% (nрм - nрфакт) / nрм = 100% (36 - 35,875) /36 = 0,347% < 4%
2. Кинематический и силовой расчет приводаОпределяем мощность двигателя на всех валах привода: на быстроходном Р1, кВт; на тихоходном Р2, кВт; на валу ведущего барабана Р3, кВт по формуламР1 = Рдв ?м ?nк, (6)Р1 = 2,605 0,98 0,99 = 2, 192 кВтР2 = Р1 ?ч ?nк, (7)Р2 = 2, 192 0,85 0,99 = 2,17 кВтР3 = Р2 ?к ?nк, (8)Р3= 2,17 0,95 0,99 = 2,04 кВтОпределяем частоту вращения на валах привода: на быстроходном n1, мин - 1; на тихоходном n2, мин - 1; на валу ведущего барабана n3, мин - 1 по формуламn1 = nном= 1435 мин - 1n2 = n1/U1, (9)n2 = 1435/16 = 89,69 мин - 1n3 = n2/U2, (10)n3 = 89,69/2,5 = 35,88 мин - 1,Определяем угловые скорости на валах привода: на валу двигателя щпом, с - 1; на быстроходном щ1, с - 1; на тихоходном щ2, с - 1; на валу ведущего барабана щ3, с - 1 по формуламщпом = nном/30, (11)щпом = 3,14 1435/30 = 150,2 с - 1щ1 = щном = 150,2 с - 1щ2 = щ1 /U1, (12)щ2 = 150,2/16 = 9,39 с - 1щ3 = щ2/U2, (13)щ3 = 9,39/ 2,5 = 3,75 с - 1Определяем вращающий момент на валах привода: на валу двигателя Тдв, Н. м; на быстроходном Т1, Н. м; на тихоходном Т2, Н. м; на валу ведущего барабана Т3, Н. м по формуламТдв = Рдв/ щном, (14)Тдв = 2,605 10 3/150,2 = 17,34 Н. мТ1 = Р1/ щ1, (15)Т1 = 2, 192 10 3/150,2 = 14,59 Н. мТ2 = Р2/ щ2, (16)Т2 = 2,17 10 3 /9,39 = 231,16 Н. мТ3 = Р3/щ3, (17)Т3 = 2,04 10 3/3,75 = 543,51 Н. мТаблица 1 - Силовые и кинематические параметры привода
|
Тип двигателя 4 АМ100S4Y 3 Pном = 3,0 кВт; n ном = 1435 мин - 1 | |
Параметр | Передача | Параметр | Вал | |
| Закр. | Откр. | | Двигателя | Редуктора | Ведущего барабана | |
| | | | | Быстроход. | Тихоход. | | |
Передаточное число, U | 16 | 2,5 | Расчетная мощность Р, кВт | 2,605 | 2, 192 | 2,17 | 2,041 | |
| | | Угловая скорость , с - 1 | 150,2 | 150,2 | 9,39 | 3,75 | |
КПД, ? | 0,85 | 0,95 | Частота вращения n, мин - 1 | 1435 | 1435 | 89,69 | 35,88 | |
| | | Вращающий момент Т, Н. м | 17,34 | 14,59 | 231,16 | 543,51 | |
|
3. Выбор материалов и определение допускаемых напряженийЧервячная передача:Выбираем марку стали для червяка и определяем ее механические характеристики по таб.3.1 с.49 [1] при мощности Р = 2, 192 кВт > 1 кВт. Червяк изготавливается из стали 40Х с твердостью ?45 НRСЭ,, термообработка - закалка +ТВЧ по таб.3.2; для стали 40Х - твердость 45…50 НRСЭ; ув = 900 Н/мм 2, ут = 750 Н/мм 2, у-1 = 410 Н/мм 2; Dпред = 125 мм, Sпред = 80 мм.Скорость скольжения Vs, м/с определяем по формулеVs = , (18)Vs = (4,3 9,39 16 ) /1000 = 3,96 м/сПо определенной скорости скольжения из таб.3.5 стр.54 [1] выбираем материал для червячного колеса при Vs < 5 БрА10Ж4Н4 способ отливки - "центробежный"; у в =700 Н/мм 2, у т =460 Н/мм 2.Для материала венца червячного колеса по таб.3.6 [1] определяем допускаемые контактные [у] H и [у] F изгибные напряжения. При твердости витков червяка ? 350 НВ, термообработка - улучшение:[у] H = 250 - 25 Vs, (19)[у] H = 250 - 25 3,96 = 151 Н/мм 2,т.к. червяк находится в масляной ванне то не уменьшаем.Коэффициент долговечности К FL, определяем по формулеК FL = , (20)Наработку колес N, циклов, определяем по формулеN = 573 щ2 Lh, (21)N = 573 9,39 8409,6 = 45,25 10 6 циклов.Тогда получаем по формуле (20)К FL = = 0,655.Для реверсивной передачи[у] F = (0,08 ув + 0,25 ут) К FL, (22)[у] F = (0,08 700 + 0,25 460) 0,655 = 112 Н/мм 2Открытая косозубая зубчатая передача:Для шестерни и колеса выбираем марку стали и определяем ее механические характеристики по таб.2.1 [2]:Шестерня - сталь 40 Х с твердостью ? 350 НВ1, термообработка - улучшение; по таб.3.2 для стали 40Х - твердость 235. .262 НВ, у в = 900 Н/мм 2, у т = 750 Н/мм 2, у - 1 = 410 Н/мм 2, D пред = 200 мм, Sпред = 125 мм.Колесо - сталь 45Л с твердостью ? 350 НВ2, термообработка - улучшение; по таб.3.2 [2] для стали 45Л - твердость 207…235 НВ, у в = 680 Н/мм 2, у т = 440Н/мм 2, у - 1 = 285 Н/мм 2, D пред = 315 мм, Sпред = 200мм.Среднюю твердость зубьев шестерни НВ1ср и колеса НВ2ср определяем по формуламНВ1ср = (235+262) /2 = 248,5,НВ2ср = (207+235) /2 = 221,НВ1ср - НВ2ср = 248,5-221 = 27,5 < 50Для материала зубчатой шестерни и колеса определяем допускаемые контактные [у] H и [у] F изгибные напряженияКоэффициент долговечности КHL, определяем по формулеКHL = , (23)Наработку шестерни N1, циклов, определяем по формулеN1 = 573 щ2 Lh, (24)N1 = 573 9,39 8409,6 = 45,24 10 6 цикловНаработку колеса N2, циклов, определяем по формулеN2 = 573 щ3 Lh, (25)N2 = 573 3,75 8409,6 = 18,07 10 6 циклов.Число циклов перемены напряжений NНО, соответствующие пределу выносливости, находим по таб.3.3 с.51 [2] NНО1 = 69,5 10 6 циклов, NНО2 = 17 10 6 циклов.Так как N1 < NНО1, N2 > NНО2, то коэффициент долговечности принимаем КHL2 = 1,КHL1 = , (26)КHL1 = = 1,07По таб.3.1 определяем допускаемые контактные напряжения [у] HО, соответствующее числу циклов перемены напряжений NНО.Для шестерни[у] HО1 = 1,8НВ1 + 67, (27)[у] HО1 = 1,8 248,5 + 67 = 514,3 H/мм 2Для колеса[у] HО2 = 1,8НВ2 + 67, (28)[у] HО2 = 1,8 221 + 67 = 464,8 Н/мм 2Допускаемое контактное напряжение определяем по формулам[у] H1 = [у] HО1 К нL1, (29)[у] H1 = 514,3 1,07 = 550,3 Н/мм 2[у] H2 = [у] HО2 К нL2, (30)[у] H2 = 464,8 1 = 464,8 Н/мм 2[у] H = 0,45 ([у] H1 + [у] H2), (31)[у] H = 0,45 (550,3 + 464,8) = 456,8 Н/мм 2[у] H = 456,8 Н/мм 2 < 1,23 [у] H2 = 571,7 Н/мм 2, условие выполняется.Коэффициент долговечности К FL, определяем по формулеК FL = , (32)где NFО = 4 10 6 < N1 и N2,, следовательно К FL1 = К FL2 = 1По таб.3.1 определяем допускаемое напряжение изгиба, соответствующее числу перемены напряжений NFО.Для шестерни[у] FО1 = 1,03 HB1ср, (33)[у] FО1 = 1,03 248,5 = 256 Н/мм 2 предполагая что m<3 мм,Для колеса[у] FО2 = 1,03 НВ2ср, (34)[у] FО2 = 1,03 221 = 227,63 Н/мм 2так как передача реверсивная уменьшаем на 25%[у] F2 = 227,63 0,75 = 170,75 Н/мм 2[у] F1 =256 0,75 = 192 Н/мм 2Составляем таблицуТаблица 2 - Механические характеристики материалов передач редуктора
|
Элемент передачи | Марка материала | Dпред Sпред | Термооб работка | НRCэ НВ ср | у В | у - 1 | у Т | [у] H | [у] F | |
| | | Способ заливки | | Н/мм 2 | |
Червяк | Ст 40Х | 125/80 | З +ТВЧ | 45 | 900 | 410 | 750 | - | - | |
Венец колеса | БрА10Ж4Н4 | - | Ц | - | 700 | - | 460 | 151 | 112 | |
Шестерня | Ст 40Х | 200/125 | У | 248,5 | 900 | 410 | 750 | 456,8 | 192 | |
Колесо | Ст 45Л | 315/200 | у | 221 | 680 | 285 | 440 | 456,8 | 170,75 | |
|
4. Расчет закрытой червячной передачиМежосевое расстояние аW, мм определяем по формулеаW = 61 , (35)где Т2 - вращающий момент на валу червячного колеса, Т2 = 231,16 НмаW = 61 = 132,029 ммПринимаем по ГОСТ аW = 140 ммЧисло витков червяка при Uч = 16 (стр.21 [2]) принимаем Z = 2.Число зубьев червячного колеса Z2, определяем по формулеZ2 = Z1 Uч, (36)Z2 = 2 16 = 32Принимаем Z2 = 32Модуль зацепления m, мм определяем по формулеm = (1,4…1,7) аW / Z2, (37)m = (1,4…1,7) 140/32 = (6,56….7,43) ммОкругляем в большую сторону m =7 мм.Коэффициент диаметра червяка q, определяем по формулеq = (2 аW/m) - Z2, (38)q = (2 140/7) - 32 = 8Принимаем q = 8Коэффициент смещения инструмента х, определяем по формулеХ = (аW/ m) - 0,5 (q + Z2), (39)Х = (140/4) - 0,5 (8 + 32) = 0 > - 1, условие не выполняетсяФактическое передаточное число Uф, определяем по формулеUф = Z2/Z1,Uф = 32/2 = 16 (40)Отклонение ДUф = 100% (Uф - U) / U = 0% < 4%Фактическое межосевое расстояние аWф, мм определяем по формулеаWф = 0,5 m (q + Z2 + 2 Х), (41)аWф = 0,5 7 (8 + 32 + 2 0) = 140 ммДелительный диаметр червяка d1, мм определяем по формулеd1 = q m, (42)d1 = 8 7 = 56 ммНачальный диаметр червяка dW1, мм определяем по формулеdW1 = m (q + 2 Х), (43)dW1 = 7 (8 + 2 0) =56 ммДиаметр вершин витков червяка d а1, мм определяем по формулеd а1 = d1 + 2 m, (44)d а1 = 56 + 2 7 = 70 ммДиаметр впадин витков червяка d F1, мм определяем по формулеd F1 = d1 - 2.4 m, (45)d F1 = 56 - 2,4 7 = 39,2 ммДелительный угол подъема линии витков червяка Y, o определяем по формулеY = arctg (Z1 /q), (46)Y = arctg (2/8) =14 o03 /Длина нарезаемой части червяка b1, мм определяем по формулеb1 = (10 + 5,5 |Х| + Z1) m + С, (47)где Х = 0, С = 0b1 = (10 + 5,5 |0| + 2) 7 + 0 = 84 ммДелительный диаметр червячного колеса d2, мм определяем по формулеd2 = d W 2 = m Z2, (48)d2 = d W 2 = 7 32 = 224 ммДиаметр вершин зубьев червячного колеса d а2, мм определяем по формулеd а2 = d2 + 2 m (1 + Х), (49)d а2 = 224 + 2 7 (1 + 0) = 238 ммНаибольший диаметр червячного колеса d АМ, мм определяем по формулеd АМ ? d а2 + 6 m / (Z1 + 2), (50)d АМ ? 238 + 6 7/ (2 + 2) = 248,5 ммДиаметр впадин зубьев червячного колеса d F2, мм определяем по формулеd F2 = d2 - 2 m (1,2 - Х), (51)d F2 = 224 - 2 7 (1,2 - 0) = 207,2 ммШирину венца червячного колеса b2, мм, при Z1 =2, определяем по формулеb2 = 0,355 аW, (52)b2 = 0,355 140 = 49,7 ммПринимаем b2 = 48 ммРадиусы закруглений зубьев червячного колеса Rа и RF, мм определяем по формуламRа = 0,5 d1 - m, (53)Rа = 0,5 56 - 7 = 21 ммRF = 0,5 d1 + 1,2 mRF = 0,5 56 + 1,2 7 = 36,4 мм (54)Условный угол обхвата червяка венцом колеса определяем по формулеsin у = b2/ (d а1 - 0,5 m), (55)sin у = 48/ (70-0,5 7) = 0,721805Угол у = 46 o 12, 2 у = 92 o24/< 120 оКоэффициент полезного действия червячной передачи ?, определяем по формуле? = tgY/ tg (Y + ц), (56)где ц - угол трения зависящий от скорости скольжения.Скорость скольжения Vs, м/с определяем по формулеVs = Uф щ2 d1 / (2 cos y 10 3), (57)Vs = 16 9,39 56/ (2 cos (14 o 03 /) 1000) = 4,34 м/сПо таб.4.9 c 74 [1] выбипаем ц = 1 o50 /.Тогда по формуле (56)? = tg (14 o 03 /) / tg (14 o 03 /+ 1 o 50 /) = 0,9Проверим контактные напряжения зубьев колесау H = 340 < [у] H, (58)где К - коэффициент нагрузки, зависящий от окружной скорости, К = 1Окружную силу на колесе Ft2, кН определяем по формулеFt2 = 2 T2 10 3/d2, (59)Ft2 = 2 231,16 1000/224 = 2,0639 кНОкружную скорость червячного колеса Vs, м/с определяем по формулеVs = щ2 d2/ (2 10 3), (60)Vs = 9,39 224/2 10 3 = 1,05 м/с < 3 м/сНайденные значения подставляем в формулу (58)у H = 340 = 137,91 Н/мм 2 < [у] H = 151 Н/мм 2Недогруз 100% ([у] H - у H) / [у] H100% (151 - 137,9) / 151 = 8,67% < 15% условие выполняется.Проверим напряжения изгиба зубьев колесау F = 0,7 YF Ft 2 K/ (b2 m) < [у] F, (61)где YF - коэффициент формы зуба колеса, определяемый по таб.4.10 [1] в зависимости от эквивалентного числа зубьев.Эквивалентное число зубьев Zх 2, определяем по формулеZх 2 = Z2/ (cos y) 3, (62)Zх 2 = 32/ cos 3 (14 o 03 /) = 35,05Тогда YF = 1,64.Подставляем найденные значения в формулу (61)у F = 0,7 1,64 2063,9 1/ (48 7) = 7,05 Н/мм 2 < [у] F = 112 Н/мм 2При проверке на прочность получаем у H < [у] H, у F < [у] F, следовательно, рассчитанная червячная передача соответствует рабочим нагрузкам.Таблица 3 - Параметры червячной передачи
|
Межосевое расстояние аW= 140 мм Модуль m = 7 мм | |
Червяк | Колесо | |
Параметр | Знач. | Параметр | Знач. | |
Делительный диаметр d1, мм | 56 | Делительный диаметр d2, мм | 224 | |
Начальный диаметр d W 1,, мм | 56 | Диаметр вершин зубьев d а2, мм | 238 | |
Диаметр вершин витков d а1, мм | 70 | Наибольший диаметр колеса d АМ, мм | 248,5 | |
Диаметр впадин витков d F1, мм | 39,2 | Диаметр впадин зубьев d F2, мм | 207,2 | |
Делительный угол подъема линии витков Y | 14 o 03 / | Ширина венца при b2, мм | 48 | |
Длина нарезаемой части червяка b1, мм | 84 | Радиусы закруглений зубьев Rа, мм RF, мм | 21 36,4 | |
КПД червячной передачи з | 0,9 | Условный угол обхвата червяка венцом колеса 2 у | 92 o28 / | |
Контактные напряжения зубьев колеса у H, Н/мм 2 | 137,91 | Напряжения изгиба зубьев колеса у F, Н/мм 2 | 7,05 | |
|
5. Расчет открытой косозубой зубчатой передачи
Страницы: 1, 2